CT snímky pro 3D tisk

WENZEL WENZEL America a NIDEC pokračují ve spolupráci na zkoumání potenciálu systému počítačové tomografie exaCT U ve výzkumu aditivní výroby s usměrněným energetickým nanášením (DED). Tento systém, integrovaný se systémem LAMDA společnosti NIDEC Machine Tool America, využívá nejmodernější technologie pro zpracování i těch nejtvrdších kovů.

Od zavedení aditivní výroby v Japonsku v roce 1987 se vyvinulo mnoho nových aplikací, které využívají různé technologie k přeměně souborů CAD na fyzické 3D objekty. Dnes jsou i velmi složité objekty a tvary uznávány a široce využívány v mnoha průmyslových odvětvích. V tomto článku se podíváme na usměrněné nanášení energie (DED) a na to, jak lze tuto technologii využít k zajištění kvality výrobků.

LP-DED (Laser Powder-Directed Energy Deposition) je výkonný proces aditivní výroby (AM), při kterém zaostřený laserový paprsek taví a spojuje kovový prášek vrstvu po vrstvě a vytváří tak požadovaný 3D objekt. Kovový prášek se do roztavené lázně vytvořené laserem zavádí pomocí trysky, což umožňuje přesné umístění materiálu a výrobu složitých konstrukčních prvků.

V porovnání s jinými procesy AM, jako je například tavení v práškovém loži, nabízí LP-DED větší flexibilitu, protože může pracovat přímo na stávajících součástech. Díky tomu je tento proces ideální pro opravy, přidávání prvků na stávající díly a výrobu funkčně odstupňovaných struktur, kde se vlastnosti materiálu v rámci objektu liší. Technologie LP-DED může také zpracovávat širší škálu materiálů, včetně kovů, které se jinými metodami zpracovávají obtížně.

‍

Hlavní výhoda

Klíčovou výhodou systému LAMDA LP-DED společnosti NIDEC je možnost provádět aditivní výrobu kovů ve velkém měřítku bez použití plné environmentální komory. Toho je dosaženo díky lokalizovanému stínění - plynovému krytu obklopujícímu oblast depozice. Toto stínění minimalizuje interakci laseru a kovového prášku s okolím, čímž se snižuje riziko výparů, rozstřiku a oxidace.
To nejen zjednodušuje nastavení, ale také snižuje náklady a spotřebu energie v porovnání se systémy AM založenými na komorovém principu. Významným pokrokem je využití monitorování a zpětné vazby v reálném čase společností NIDEC pro řízení procesu. V kombinaci s umělou inteligencí a strojovým učením mohou systémy LAMDA včas odhalit anomálie a automaticky zastavit proces dříve, než dojde k poškození součásti.

‍

‍

Kombinace všestrannosti materiálu, opravitelnosti a možnosti výroby ve velkém měřítku činí z LP-DED cenný nástroj pro různá průmyslová odvětví, jako je letectví, automobilový průmysl a energetika. Vzhledem k tomu, že výzkum a vývoj pokračují ve zlepšování řízení procesů a porozumění materiálům, očekává se, že LP-DED bude hrát v budoucnosti aditivní výroby ještě významnější roli.

‍

‍

Průmyslová počítačová tomografie (CT) je pokročilá nedestruktivní testovací metoda, která umožňuje detailní zobrazení vnitřních částí, a to i v materiálech, jako jsou kovy a plasty. V kombinaci s vhodným softwarem se průmyslová CT stává výkonným nástrojem pro inženýrství a metrologii. Technologie CT existuje již desítky let a umožňuje rychlou kontrolu, odhalení vnitřních struktur, které zůstávají běžnými měřicími metodami skryty, což zvyšuje efektivitu nákladů a produktivitu. Na rozdíl od jiných kontrolních strojů nabízí CT hloubkovou analýzu vnitřních struktur, vlastností materiálu a potenciálních vad.

‍

‍

Systémy CT jsou neocenitelné při testování materiálů a nabízejí jedinečnou možnost odhalit skryté vlastnosti kovů. Zejména u technologie nanášení směrovanou energií (Directed Energy Deposition - DED) je zásadní znát kvalitu materiálu při přidávání nových prvků do stávajících dílů nebo při vytváření funkčně odstupňovaných struktur, kde se vlastnosti materiálu v rámci objektu liší. Systémy CT přesně měří hustotu materiálu, což umožňuje vyvozovat závěry o pevnosti a trvanlivosti. Mohou také odhalit póry, které by mohly ovlivnit výkonnost materiálu, a také trhliny, které jsou pouhým okem neviditelné, ale mohly by vést ke katastrofálnímu selhání výrobku.

Další důležitou aplikací CT systémů je kontrola rozměrové přesnosti součásti, aby se zajistilo, že odpovídá stanoveným rozměrům a tolerancím. Tato schopnost je nezbytná v přesném průmyslu. Toho lze dosáhnout prostřednictvím porovnání nominální/skutečné hodnoty, kdy se porovnává výkres CAD součásti se skutečným CT snímkem téže součásti. V případech, kdy nejsou k dispozici data CAD, lze také porovnat data skenu referenčního dílu s daty skenu kontrolovaného dílu.

‍

‍

Nejčastějšími vadami, které se objevují při technologii DED (Directed Energy Deposition), jsou pórovitost a praskliny. Ty mohou být způsobeny nečistotami, které se do součásti dostanou během aditivní výroby. Při analýze procesu DED lze identifikovat potenciální vady, jako je tvorba otřepů, dutin, trhlin, pórovitost, povrchové čáry a zvýšená drsnost povrchu. Tyto vady depozice představují značný problém jak v procesu PBF, tak v procesu DED a jejich náprava je složitým a náročným úkolem. Naštěstí měřením a detekcí těchto vad poskytuje nejnovější CT software cenné informace o nutných korekcích, které zajistí nejvyšší kvalitu výrobků.

‍

Pórovitost a dutiny

Pórovitost a dutiny jsou běžnými problémy aditivně vyráběných odlitků a výlisků. Často jsou způsobeny vzduchem nebo plynem zachyceným v kovu během tuhnutí nebo smršťováním kovu, které v něm zanechává dutiny, tzv. smršťovací pórovitost. Protože pórovitost sestává ze zachyceného vzduchu, lze ji při CT analýze rozpoznat jako oblast s nižší hustotou, což zjednodušuje její detekci.

Pro přesné stanovení pórovitosti v důsledku kolísání hustoty je zásadní vhodný software. WM WENZEL | PointMaster od je nástroj pro CT analýzu, který určuje pórovitost jednoduchým kliknutím. Umožňuje inženýrovi pro zajištění kvality snadno měřit a vizualizovat velikost, tvar a případné shluky pórovitosti. Operátor může definovat rozsah velikostí pórovitosti a barevně je označit pro snadnou identifikaci, aby se zabránilo odhalení příliš malých pórovitostí. CT je obzvláště účinné při odhalování zachycené pórovitosti v tištěných dílech. Mezi typy pórovitosti patří souvislá pórovitost, která se rozprostírá po celém dílu, a slepá pórovitost, která se obvykle vyskytuje na jednom povrchu dílu. Detekce pórovitosti by se měla zaměřit na obrobené oblasti a další kritické, vysoce namáhané úseky.

Systém CT má určitá omezení, pokud jde o rozlišení a penetrační výkon. Výběr rentgenky, detektoru a umístění objektu v oblasti snímání mají významný vliv na maximální zvětšení a rozlišení. Některé CT systémy nabízejí rozšíření skenovacího pole, které umožňuje kombinovat několik polí za účelem zachycení větší skenované oblasti. Rozlišení je také určeno přesností otočného stolu, který určuje tloušťku řezu skenu.

Velikost voxelu (v) tomografické rekonstrukce lze vypočítat podle vzorce v = p M (1), kde p je vzdálenost pixelů detektoru a M je poměr SOD (vzdálenost zdroje od objektu) a SDD (vzdálenost zdroje od detektoru). Skutečná hodnota v je však také určena faktory, jako je drift zdroje rentgenového záření, tepelná roztažnost komponent CT, sklon detektoru a sklíčka objektu a další vlivy.

Při optimálním nastavení bychom měli být schopni s vysokou mírou jistoty detekovat a měřit dutiny, ucpávky a trhliny v rozsahu 21 až 26 µ. Při přesném nastavení úhlu je můžeme detekovat ještě lépe. Při měření hran by přechod hustoty neměl přesáhnout tři pixely a ostrost hrany by se v ideálním případě měla pohybovat kolem 3 až 4 pixelů.

‍

Trhliny a vnitřní zlomeniny

Hledání příčin vzniku trhlin a přesné fáze výrobního procesu může být velmi složité. Nalezení trhliny a pozorování jejího šíření objektem může poskytnout zásadní vodítka k vyřešení problému.

V mnoha případech je k přesné detekci trhlin v tištěných dílech zapotřebí technologie CT s vysokým rozlišením, jako je systém exaCT. Trhliny jsou často nepravidelné a mohou procházet součástí v různých směrech. Zvláště důležité je identifikovat trhliny způsobené nerovnoměrným chlazením během výrobního procesu. WM Tyto trhliny, podobně jako póry, lze vizualizovat a barevně odlišit pomocí softwaru | PointMaster pro analýzu vlastností materiálu a výrobního procesu. Technologie CT je zvláště užitečná pro analýzu migrace trhlin v dílech, které prošly zkouškou tahem.

Významným příkladem použití CT při studiu migrace trhlin je analýza balistických zkoušek pancíře. Zde lze ukázat, jak se polyuretanové vrstvy po balistické zkoušce oddělují, zatímco celková integrita materiálu zůstává zachována a je schopen odolat střelám, jako jsou kulky nebo střepiny.

WM | Software PointMaster umožňuje provádět subvoxelová měření CT skenů a hodnotit tak tvar, pevnost a vliv trhlin na materiál.

‍

Vnitřní odchylky geometrie

CT vyšetření poskytuje podrobné údaje o vnitřních i vnějších částech nejsložitějších dílů. Plastové díly často trpí deformacemi způsobenými smršťováním a deformacemi po odformování. Aby se těmto jevům zabránilo, provádí se při vstřikování obvykle kompenzované vstřikování. Plastový díl je zpočátku vytvarován do "nesprávného" tvaru, aby se po ochlazení mohl smrštit a zdeformovat do požadovaného konečného tvaru a co nejvíce se přiblížil tvaru cílovému.

Geometrie formy se tradičně upravuje opakovaným opracováním (frézováním, broušením nebo erodováním). Tento proces je však časově náročný a může znamenat, že formu již nelze znovu použít.

U virtuální deformace lze specifikace deformace odvodit ze simulačních systémů nebo výsledků měření skutečně nasnímaných součástí. WM To umožňuje | PointMaster automaticky vypočítat výsledek deformace s ohledem na faktory, jako jsou místní objemy, smrštění a zkušenosti výrobce formy. WM WM Quartis Automaticky vypočtená geometrie s kompenzací deformace se poté převede na modely povrchů CAD pomocí výkonných funkcí reverzního inženýrství | PointMaster a | , do kterých se integrují stávající data nástrojů.

WENZEL Pro kritické aditivně vyráběné komponenty nabízí řada exaCT přesné měření vnitřní a vnější geometrie a spolehlivou detekci vad. Podívejte se na toto krátké video a získejte grafický přehled o tomto cenném nástroji.

‍